JP4208271B2 - Grid-controlled rotating anode X-ray tube - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、医用診断により有効な画像情報を提供するためのX線を発生するX線管装置ならびにこのX線管装置を用いたX線像撮像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
X線像撮像装置は、人体や物体の内部を調べるために有用であり、人体や物体に照射されたX線の透過濃度分布あるいはX線像を、電気的画像信号に変換し、例えばモニタ装置に、X線の透過濃度分布あるいはX線像をリアルタイムで表示するものである。
【0003】
X線像撮像装置は、X線を発生するX線発生器と、被撮像対象物すなわち人体を通過したX線発生器からのX線を検出するX線検出器と、X線検出器を介してX線から変換された画像信号をリアルタイムでモニタ可能とするモニタ装置と、を有している。
【0004】
X線発生器から放射されたX線は、人体を通過し、透過濃度分布またはX線像としてX線検出器に入射する。透過濃度分布またはX線像は、X線検出器により電気的画像信号に変換され、画像処理装置により所定の画像処理が施された後、モニタ装置に出力される。
【0005】
ところで、被検査対象すなわち検体としての人体に照射されるX線量は少ないほど人体への影響が少なく、また最適なタイミングでの撮影を可能とするため、カテーテル治療における患者への被爆を低減する方法として、X線源から放射されるX線のグリッド制御とX線像増強管により得られたX線像をCCDセンサにより電気信号に変換することにより、CCDセンサによる読み出し時間中は、X線照射を休止することを高速で繰り替えすパルス透視方法が実現されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、高いコントラストの画像を得るためには、低エネルギーで吸収線量の多いX線を大量に照射する必要があり、患者の被爆線量が多くなる問題がある。
【0007】
また、患者の被爆線量を低減するために、エネルギーサブトラクションの技術を用い、CRスクリーンの間に挟んだ金属板の固有ろ過に基づいて、上下のCRスクリーンにエネルギー特性の異なる画像を写し、2つスクリーンのCRの像を取り出して画像処理する方法も実現されているが、エネルギーサブトラクション画像を、実時間で観ることはできない。
【0008】
この発明の目的は、より多くの画像情報を含んだX線画像を提供し、画像処理によるパルス透視画像の高画質化を可能なX線像撮像装置およびこの撮像装置に適したX線管装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記問題点に基づきなされたもので、高真空中の容器に熱電子を放出するフィラメントと電子を集束する集束電極とこれに対向する陽極を設け、熱電子を高電圧で加速して陽極に衝突させ、制動輻射によりX線を発生させるものであって、前記フィラメントと前記集束電極との間にバイアス電圧を印加することにより、電界強度の変化でフィラメントからの熱電子放出を制御可能であるグリッド制御回転陽極型X線管において、熱電子放出用のフィラメントを回転陽極の径方向にずらして2以上配置し、前記回転陽極に、前記フィラメントのそれぞれに対応して形成された2以上の同心円上の円弧または互いに重なることのない複数の曲線状に形成され、少なくとも内側に位置する軌道面については2以上に区切られている電子衝撃軌道面を設け、それぞれのフィラメントごとに加熱用電源およびバイアス電圧発生回路を独立に接続し、全てのフィラメントのバイアス電圧を、それぞれ独立に設定可能としたことを特徴とするグリッド制御回転陽極型X線管を提供するものである。
【0010】
またこの発明は、高真空中の容器に熱電子を放出するフィラメントと電子を集束する集束電極とこれに対向する陽極を設け、熱電子を高電圧で加速して陽極に衝突させ、制動輻射によりX線を発生させるものであって、前記フィラメントと前記集束電極との間にバイアス電圧を印加することにより、電界強度の変化でフィラメントからの熱電子放出を制御可能であって、陽極を回転可能としたグリッド制御回転陽極型X線管において、回転陽極の径方向にずらして配置されたパルス透視用の焦点寸法を提供可能なフィラメントと単純撮影用の焦点寸法を提供可能なフィラメントとを有し、前記回転陽極に、前記フィラメントのそれぞれに対応して形成された同心円上の円弧または互いに重なることのない複数の曲線状に形成され、少なくとも内側に位置する軌道面については2以上に区切られている電子衝撃軌道面を設け、それぞれのフィラメントが独立にグリッド制御可能に独立したバイアス電圧発生回路と接続された電子銃を有することを特徴とするグリッド制御回転陽極型X線管を提供するものである。
【0011】
さらにこの発明は、所定の半径および角度が与えられた第1の電子衝撃軌道面とこの第1の電子衝撃軌道面の半径、角度あるいは材質の少なくとも一つが変化された第2の電子衝撃軌道面を一体に有し、回転可能に形成された回転陽極と、この回転陽極に向けて熱電子を放出可能、かつ回転陽極の回転軸と平行な方向に、前記回転陽極のそれぞれの電子衝撃軌道面のそれぞれに対して独立に設けられ、熱電子を放出する複数のフィラメントを一体的に有する陰極と、前記陰極と前記回転陽極との間に設けられ、前記それぞれのフィラメントから放出された熱電子が前記回転陽極の前記それぞれのフィラメントに対応する電子衝撃軌道面に到達する量を変更する制御電極と、前記フィラメントのそれぞれを独立に加熱するための電源と、前記それぞれの制御電極に独立にバイアス電圧を供給するバイアス電圧回路と、を有し、前記回転陽極の前記第1および第2の電子衝撃軌道面の内の内周側に位置する電子軌道面と対応する前記陰極のフィラメントによりパルス透視のためのX線を発生し、前記のフィラメントの内の残りのフィラメントと対応する回転陽極電子軌道面により撮像用のX線を発生することを特徴とするグリッド制御回転陽極型X線管を提供するものである。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について詳細に説明する。
図1は、この発明のX線管装置が組み込まれるX線像撮像装置を示す概略図である。
【0013】
図1に示されるように、X線像撮像装置1は、X線を発生するX線発生器11と、被検査対象としての人体Oを通過したX線発生器11からのX線すなわちX線像を可視光像に変換するX線像増強管13と、X線像増強管13により可視光像に変換された出力像をモニタ可能するモニタ装置21、並びにモニタ装置21に対してX線像増強管13により可視光像に変換された出力像を表示させるために、X線像増強管13の出力像を撮像して電気的画像信号を出力する撮像装置31を有している。
【0014】
X線発生器11から放射されたX線は、人体Oを通過し、X線像としてX線像増強管13の入力窓15に入力される。入力窓15に入力されたX線像は、X線像増強管13により増強され、X線像増強管13の出力面17により可視光像に変換されて出力面17から出力される。
【0015】
X線像増強管13の出力面17の出力像は、撮像装置31のレンズ33によりカメラ35の撮像素子37の撮像面に投影される。撮像素子37の撮像面に投影された可視光像は、撮像素子37により画像信号に変換され、画像処理装置39により所定の画像処理が施されて、モニタ装置21に表示される。
【0016】
図2は、図1に示したX線像撮像装置1に組み込まれるX線発生管を説明する概略図である。
図2に示されるように、X線発生器41は、熱電子を発生する陰極電子銃42、陰極電子銃42から発生された熱電子を加速して被撮像対象である人体に向けて連続的に放射する陽極ターゲットすなわち回転陽極43、回転陽極43を回転可能に保持するとともに回転陽極43を所定の速度で回転させるためのモータ機構の一部を構成するロータ44、ロータ44に所定方向の駆動力を与えるステータ45、及びステータ45を除く要素を真空中に維持する真空外囲器46等により構成されている。
【0017】
回転陽極43には、撮影用電子衝撃軌道面47と、パルス透視用電子衝撃軌道面48,49が設けられ、図2に示されるような位置関係で陰極電子銃42から発生された熱電子を真空外囲器46の外部に向けて放射可能に配置されている。なお、パルス透視用電子衝撃軌道面48,49は、それぞれ、例えばW(タングステン),Mo(モリブデン)あるいはRh(ロジウム)等により形成される。
【0018】
陰極電子銃42は、図3に詳述するよう、第1および第2のフィラメント51a,51bおよび第3のフィラメント52を有し、第1および第2のフィラメント51a,51bは、回転陽極43のパルス透視用電子衝撃軌道面48、49と組み合わせて、パルス透視時に利用される。なお、第1および第2のフィラメント51a,51bは、図3に示されるように、同一箇所に焦点を結ぶように設計されている。また、陰極電子銃42とフィラメント51a,51bとを電気的に絶縁し、相互間に所定のバイアス電圧を印加することで、回転陽極43に入射される電子が制御される。
【0019】
回転陽極43の撮影用電子衝撃軌道面47は、第3のフィラメント52と組み合わせてX線撮影に利用される。また、回転陽極43のパルス透視用電子衝撃軌道面48,49は、それぞれ異なる角度に形成され、第1および第2のフィラメントが焦点を結ぶことで、異なる実効焦点長さを提供する。なお、2つのパルス透視用電子衝撃軌道面48,49は、必要により材質が変更されてもよい。すなわち上述したW,MoあるいはRhが、任意の組み合わせにより用いられてもよい。
【0020】
図4は、図1に示したX線像撮像装置1の制御系を概略的に示すブロック図である。
図4に示されるように、X線発生器11の陰極電子銃42の第1および第2のフィラメント51a,51bは、加熱用電源60に接続されている。
【0021】
グリッド電極を兼ねる陰極電子銃42には、パルス発生回路61に接続されたバイアス電源回路62に接続されている。なお、バイアス電源回路62はグリッドバイアス電圧を、1ミリ秒以下の時間内で、0Vないし数千Vまで任意に変化可能に形成されている。また、バイアス電源回路62は、それぞれのフィラメント毎に独立に設置されていることから、万一、一方のフィラメントが断線しても、制御装置側でこれを検知してその系統を切り離せば、残ったフィラメントは継続使用可能となり、フェイルセーフ性を提供できる。
【0022】
パルス発生回路61には、基本クロック発生回路63と分周回路64により所定の周波数に低減された透視用パルスP1,P2が供給される。なお、通常、透視用パルスP1,P2は、同一間隔すなわち同一周波数に設定され、それぞれが発生されるタイミングが1/2パルス分ずらされている。すなわち、図5(a)および図5(b)を用いて以下に説明するよう、一方のパルスがオンのとき他方のパルスがオフとなり、実質的に第1および第2のフィラメント51a,51bのそれぞれを交互に駆動するよう、設定されている。また、バイアス電源回路62は、パルスP1,P2が供給されるごとに所定期間、印加されるバイアス電圧出力を低下させることで、対応するフィラメントからの透視用X線のための熱電子を、回転陽極43のパルス透視用電子衝撃軌道面48、49に到達可能とする。これにより、X線発生器41の外部に、透視用X線が放射される。
【0023】
透視用X線が放射されると、撮像装置31のカメラ35により撮像素子37に結像されたX線像がモニタ装置21に表示される。
再び図4を参照すれば、X線発生器11の陰極電子銃42の第3のフィラメント52は、モニタ装置21の近傍に設けられた図示しない撮影スイッチがオンされたことをトリガとしてバイアス電源回路65から印加されるバイアス電圧出力所定期間を低下されることで、第3のフィラメント52からの撮影用X線のための熱電子を回転陽極43の撮影用電子衝撃軌道面47に到達可能とし、撮影用電子衝撃軌道面47から外部に向けて放射されるX線によりX線像が撮影される。なお、バイアス電源回路65はグリッドバイアス電圧を、1ミリ秒以下の時間内で、0Vないし数千Vまで任意に変化可能に形成されている。また、この撮影時には、撮像装置31による画像取り込みおよびモニタ装置21への画像の表示は停止される。
【0024】
以下、図1ないし図5に示したX線像撮像装置の動作の一例を説明する。
第1のフィラメント51aが透視用X線のための熱電子を出力するタイミングを、回転陽極43の角度の深い軌道面49の回転周期に、第2のフィラメント51bが透視用X線のための熱電子を出力するタイミングを角度が浅い軌道面48の回転周期に、それぞれに合わせ、図5に示したバイアス制御すなわちグリッド電圧制御を行えば、第1のフィラメント51aで大きな焦点、第2のフィラメント51bで小さな焦点を交互に結像させることができる。なお、同一焦点を作ることもできる。この場合、それぞれのフィラメント51a,51bからの熱電子は、電子集束電極の第1および第2の軌道面47,48に向けて加速され、陽極に衝突した時点で制動輻射によりX線を発生することは、周知の通りである。
【0025】
また、第1のフィラメント51aにより熱電子が発生される時と第2のフィラメント51bにより熱電子が発生される時の管電圧を変化させることが可能であれば、異なるエネルギーによる画像を交互に収集可能となる。
【0026】
いずれの場合も、画像取り込み系は、回転陽極43の1回転ごとに出力される同期信号に同期して画像を収集する。なお、パルス透視から撮影に移る場合は、第3のフィラメント52への電源の接続すなわちフィラメントの加熱の開始および電子集束電極の回転の起動に従いパルス透視用のX線の発生タイミングが変化してしまい、サブトラクション映像の収集が困難となるため、画像処理を停止するものとする。この場合、像影剤の陰影が見えれば問題ないので、第1および第2のフィラメント51a,51bとも、小焦点に切り換えることが望ましい。
【0027】
一方、撮影時には、第3のフィラメント52の加熱と、グリッドバイアス電圧の印加、および電子集束電極の回転を立ち上げにつづいて、所定のタイミングでグリッドバイアスを0にすることで、X潜像が撮影される。
【0028】
以上説明したように、医用X線管装置に利用する場合、小焦点による高周波成分の多い画像、大焦点による低周波成分の多い画像、さらにターゲット材質の違いにより、高エネルギー成分による画像、低エネルギー成分による画像を、所定の順で収集可能となり、これらの画像を高周波強調、低周波強調画像の足し算、引き算や、高エネルギー成分の多いX線と低エネルギー成分の多いX線による画像の足し算、引き算(エネルギーサブトラクション)により、邪魔になる骨、または臓器陰影の消去、ガン病巣部の種留陰影、微小石灰像の強調、血管内カテーテル治療の場合は、カテーテル陰影の強調等、より高度な画像処理を行える画像情報の収集が実時間で可能となる。
【0029】
また、造影剤を用いた血管撮影でパルス透視からフィルム撮影への切り替え時、単純撮影用焦点をグリッド制御することで、造影剤投入前に電子集束電極の陽極回転速度を低速回転から高速回転へ起動すると同時に、高電圧を維持したままで単純撮影用フィラメントの本加熱が可能で、フィラメントの加熱立ち上がり時間が短縮し、造影剤が流れる瞬間の撮影タイミングを逃すことがない。
【0030】
なお、上述したX線発生器においては、少なくとも2個以上設けられた熱電子放出用フィラメントの陽極に対する取り付け位置を互いに電子集束電極の径方向にずらし、個々のフィラメントに合わせて異なった電子衝撃軌道面を形成する、あるいは電子衝撃軌道面の角度を軌道面毎に変えることにより、任意のX線を得ることができる。また、特性X線の利用が有効な場合は、軌道面の材質を変えることも可能である。
【0031】
さらに、電子衝撃軌道面の一部、特に内側の軌道面については2分割、またはそれ以上に区切り、各分割位置ごとに角度、さらに必要であれば材質を変えることも可能である。
【0032】
またさらに、陽極の回転位置を光学的、または磁気的、電気的方法にて検出し、陽極の回転に同期して電子銃のグリッドバイアス電圧を制御し、電子集束電極の電子衝撃軌道面の場所により異なる角度を選ぶことで焦点の長さ方向寸法を変化させることも可能である。
【0033】
さらにまた、幅方向寸法について弱いグリッドバイアス電圧をかけることで制御し、同一のフィラメントで軌道面の角度とグリッドバイアス電圧を変化させることで2種類以上の焦点寸法を作り出すことができる。
【0034】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明のX線管装置は、陽極の回転に同期した任意のグリッドバイアス電圧制御と、軌道面の角度、材質を2種類とすることで、線質と焦点寸法の異なるX線を高速で切り替えながら発生させることができる。
【0035】
これによるX線像を、X線像増強管とCCDカメラによりデジタル画像として取り込み、画像情報の高周波成分と低周波成分、エネルギーの高いX線による画像と、低いX線による画像とで、サブトラクション等の画像処理を行うことにより、邪魔になる骨、または臓器陰影の消去、ガン病巣部の種留陰影、微小石灰像の強調、血管内カテーテル治療の場合は、カテーテル陰影の強調等、より高度な画像処理を行える画像情報の収集が実時間で可能となり、より質の高い診断画像を得ることができる。
【0036】
また、造影剤を用いた血管撮影においては、パルス透視からフィルム撮影への切り替え時、単純撮影用焦点をグリッド制御することで、造影剤投入前に電子集束電極の陽極回転速度を低速回転から高速回転へ起動すると同時に、単純撮影用フィラメントの本加熱が可能で、フィラメントの加熱立ち上がり時間が短縮し、造影剤が流れる瞬間の撮影タイミングを逃すことを低減できる。
【0037】
さらに、パルス透視用のフィラメントは、従来タイプのX線管の電子銃によく見られる様に、V溝型の電子収束電極構造とすれば、同じ構造のフィラメントを2個備えることも可能で、どちらのフィラメントでも2種類の焦点寸法を構成できる。この場合、左右交互に使用することでフィラメント寿命の延長をはかったり、あるいは片方が断線しても、片方の焦点で使用を継続したりすることが可能となる。
【0038】
グリッドバイアス電源を独立して持っているため、片方のフィラメントが断線して電子収束電極と接触しても、システム側でこれを検知してその系統を切り離せば、残った焦点はグリッド制御が可能でありフェイルセーフ性を提供できる。
これにより、被撮像対象である人体の患部に、不所望なX線が照射される時間およびX線エネルギー量を低減でき、患者をX線被爆から保護できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態であるX線発生管が組み込まれるX線像撮影装置を示す概略図。
【図2】図1に示したX線像撮像装置に組み込まれるX線発生管を説明する概略図。
【図3】図2に示したX線発生管の電子集束電極と陰極電子銃の相対位置関係を示す概略図。
【図4】図1に示したX線像撮像装置の制御系を概略的に示すブロック図。
【図5】図2に示したX線発生管の各フィラメントの出力を電子集束電極に到達させるためのバイアス電圧の制御タイミングを示すタイミングチャート。
【符号の説明】
1 …X線像撮像装置、
11 …X線発生器、
13 …X線像増強管、
21 …モニタ装置、
31 …撮像装置、
42 …陰極電子銃、
43 …電子集束電極、
47 …撮影用電子衝撃軌道面、
48 …パルス透視用電子衝撃軌道面、
49 …パルス透視用電子衝撃軌道面、
51a…第1のフィラメント、
51b…第2のフィラメント、
52 …第3のフィラメント、
60 …加熱用電源、
61 …パルス発生回路、
62 …バイアス電源回路、
65 …バイアス電源回路。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an X-ray tube apparatus that generates X-rays for providing effective image information by medical diagnosis, and an X-ray image imaging apparatus using the X-ray tube apparatus.
[0002]
[Prior art]
An X-ray image pickup device is useful for examining the inside of a human body or an object, and converts an X-ray transmission density distribution or an X-ray image irradiated on the human body or an object into an electrical image signal, for example, a monitor device. In addition, an X-ray transmission density distribution or an X-ray image is displayed in real time.
[0003]
An X-ray imaging apparatus includes an X-ray generator that generates X-rays, an X-ray detector that detects X-rays from an object to be imaged, that is, an X-ray generator that has passed through a human body, and an X-ray detector. And a monitor device that can monitor the image signal converted from the X-ray in real time.
[0004]
X-rays emitted from the X-ray generator pass through the human body and enter the X-ray detector as a transmission density distribution or an X-ray image. The transmission density distribution or the X-ray image is converted into an electric image signal by an X-ray detector, subjected to predetermined image processing by an image processing device, and then output to a monitor device.
[0005]
By the way, a method for reducing exposure to a patient in catheter treatment in order to reduce the influence on the human body as the X-ray dose irradiated to the subject to be examined, that is, the specimen, is smaller, and to enable imaging at an optimal timing. X-ray irradiation during the readout time of the CCD sensor by controlling the X-ray grid emitted from the X-ray source and converting the X-ray image obtained by the X-ray image intensifier tube into an electrical signal by the CCD sensor A pulse fluoroscopy method has been realized in which the pause is repeated at high speed.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in order to obtain a high-contrast image, it is necessary to irradiate a large amount of X-rays with a low energy and a large absorbed dose, and there is a problem that the exposure dose of the patient increases.
[0007]
In addition, in order to reduce the patient's exposure dose, energy subtraction technology is used, and images with different energy characteristics are copied on the upper and lower CR screens based on the intrinsic filtration of the metal plate sandwiched between the CR screens. Although a method of taking out a CR image of a screen and performing image processing has been realized, an energy subtraction image cannot be viewed in real time.
[0008]
An object of the present invention is to provide an X-ray image including a larger amount of image information, and to improve the image quality of a pulse fluoroscopic image by image processing, and an X-ray tube device suitable for the imaging device Is to provide.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made on the basis of the above-mentioned problems. A filament in which a high-vacuum is emitted is provided with a filament for emitting thermoelectrons, a focusing electrode for focusing the electrons, and an anode opposite to the filament, thereby accelerating the thermoelectrons at a high voltage. The X-ray is generated by bremsstrahlung by colliding with the anode, and by applying a bias voltage between the filament and the focusing electrode, thermionic emission from the filament is controlled by changing the electric field strength. In a grid-controlled rotary anode X-ray tube that can be used, two or more filaments for thermionic emission are shifted in the radial direction of the rotary anode, and 2 are formed on the rotary anode corresponding to each of the filaments. Electrons formed in the above-mentioned concentric circular arcs or in a plurality of curved shapes that do not overlap with each other, and at least the inner orbital plane is divided into two or more The撃軌road surface provided, connected to the independent power source for heating and a bias voltage generating circuit for each of the filaments, the bias voltages of all the filaments, the grid control rotary anode type, characterized in that a settable independently An X-ray tube is provided.
[0010]
Also, the present invention provides a high-vacuum container provided with a filament that emits thermoelectrons, a focusing electrode that focuses the electrons, and an anode that is opposed to the filament. Generates X-rays. By applying a bias voltage between the filament and the focusing electrode, thermionic emission from the filament can be controlled by changing the electric field intensity, and the anode can be rotated. and in the grid controlled rotating anode X-ray tube, perforated and capable of providing filament focus size for providing possible filament and plain radiography focus size of pulse fluoroscopy which are arranged offset in the radial direction of the rotary anode And the rotating anode is formed in concentric circular arcs corresponding to each of the filaments or in a plurality of curved shapes not overlapping each other, at least The trajectory surface located on the side is provided with an electron impact trajectory surface divided into two or more, and each filament has an electron gun connected to an independent bias voltage generation circuit so that grid control can be performed independently. A grid-controlled rotating anode type X-ray tube is provided.
[0011]
Furthermore, the present invention provides a first electron impact orbital surface having a predetermined radius and angle, and a second electron impact orbital surface in which at least one of the radius, angle or material of the first electron impact orbital surface is changed. A rotating anode formed so as to be rotatable, and the electron impact orbital surface of each rotating anode in a direction parallel to the rotation axis of the rotating anode and capable of emitting thermoelectrons toward the rotating anode. A cathode integrally provided with a plurality of filaments for emitting thermoelectrons, and a cathode disposed between the cathode and the rotating anode, and the thermoelectrons emitted from the filaments are provided. A control electrode for changing the amount of the rotary anode reaching the electron impact orbital surface corresponding to each filament, a power source for heating each filament independently, and the Has independently the control electrode of, respectively and a bias voltage circuit for supplying a bias voltage, the electronic raceway surface located on the inner circumferential side of said first and second electron impact raceway surface of the rotary anode and X-rays for pulse fluoroscopy are generated by the corresponding filaments of the cathode, and X-rays for imaging are generated by the rotating anode electron trajectory planes corresponding to the remaining filaments of the filaments. A controlled rotating anode X-ray tube is provided.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic view showing an X-ray image capturing apparatus in which the X-ray tube apparatus of the present invention is incorporated.
[0013]
As shown in FIG. 1, an X-ray imaging apparatus 1 includes an X-ray generator 11 that generates X-rays, and an X-ray, that is, an X-ray from an X-ray generator 11 that has passed through a human body O as an object to be inspected. An X-ray
[0014]
X-rays radiated from the X-ray generator 11 pass through the human body O and are input to the input window 15 of the X-ray
[0015]
The output image of the
[0016]
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining an X-ray generation tube incorporated in the X-ray image capturing apparatus 1 shown in FIG.
As shown in FIG. 2, the
[0017]
The rotating
[0018]
The
[0019]
The imaging electron
[0020]
FIG. 4 is a block diagram schematically showing a control system of the X-ray image capturing apparatus 1 shown in FIG.
As shown in FIG. 4, the first and
[0021]
The
[0022]
The
[0023]
When fluoroscopic X-rays are emitted, an X-ray image formed on the
Referring again to FIG. 4, the
[0024]
Hereinafter, an example of the operation of the X-ray imaging apparatus shown in FIGS. 1 to 5 will be described.
The timing at which the first filament 51a outputs thermoelectrons for fluoroscopic X-ray is set to the rotation cycle of the deep
[0025]
In addition, if it is possible to change the tube voltage when thermoelectrons are generated by the first filament 51a and when thermoelectrons are generated by the
[0026]
In any case, the image capturing system collects images in synchronization with a synchronization signal output every rotation of the rotating
[0027]
On the other hand, at the time of photographing, the X latent image is obtained by setting the grid bias to 0 at a predetermined timing following the heating of the
[0028]
As described above, when used in a medical X-ray tube apparatus, an image with many high-frequency components due to a small focal point, an image with many low-frequency components due to a large focal point, and an image with high energy components due to differences in target materials, low energy Images by components can be collected in a predetermined order. These images are added and subtracted from high-frequency emphasis and low-frequency emphasis images, and addition of X-rays having many high energy components and X-rays having many low energy components. More advanced images such as elimination of obstructive bones or organ shadows, seeding shadows of cancer lesions, enhancement of microcalcium images, and enhancement of catheter shadows for intravascular catheter treatment by subtraction (energy subtraction) Image information that can be processed can be collected in real time.
[0029]
In addition, when switching from pulse fluoroscopy to film photography in angiography using contrast medium, the focus speed for simple imaging is controlled by the grid, so that the anode rotation speed of the electron focusing electrode is changed from low speed to high speed before the contrast medium is added. Simultaneously with the start-up, the main heating of the filament for simple imaging can be performed while maintaining a high voltage, the heating start time of the filament is shortened, and the imaging timing at the moment when the contrast agent flows is not missed.
[0030]
In the above-mentioned X-ray generator, the attachment positions of at least two thermionic emission filaments with respect to the anode are shifted from each other in the radial direction of the electron focusing electrode, and different electron impact trajectories according to the individual filaments. Arbitrary X-rays can be obtained by forming a surface or changing the angle of the electron impact track surface for each track surface. In addition, when the use of characteristic X-rays is effective, the material of the raceway surface can be changed.
[0031]
Further, a part of the electron impact raceway surface, in particular, the inner raceway surface can be divided into two or more, and the angle can be changed for each divided position, and if necessary, the material can be changed.
[0032]
Furthermore, the rotational position of the anode is detected by an optical, magnetic or electrical method, the grid bias voltage of the electron gun is controlled in synchronization with the rotation of the anode, and the location of the electron impact orbital surface of the electron focusing electrode is controlled. It is also possible to change the length dimension of the focal point by selecting different angles.
[0033]
Furthermore, the width dimension can be controlled by applying a weak grid bias voltage, and two or more focal dimensions can be created by changing the angle of the track surface and the grid bias voltage with the same filament.
[0034]
【The invention's effect】
As described above, the X-ray tube apparatus of the present invention is different in the line quality and the focal size by controlling the arbitrary grid bias voltage synchronized with the rotation of the anode and the angle and material of the orbital plane. X-rays can be generated while switching at high speed.
[0035]
The X-ray image thus obtained is captured as a digital image by an X-ray image intensifier tube and a CCD camera, and subtraction and the like are performed by using a high-frequency component and a low-frequency component of the image information, an image with high energy X-rays, and an image with low X-rays By performing image processing, it is possible to remove more obtrusive bones or organ shadows, to increase the shadow of seeds in cancerous lesions, to enhance microcalcium images, and to enhance catheter shadows in the case of intravascular catheter treatment. Collection of image information capable of image processing is possible in real time, and a higher quality diagnostic image can be obtained.
[0036]
In angiography using a contrast agent, when switching from pulse fluoroscopy to film imaging, the focus of the simple imaging is controlled by grid control, so that the anode rotation speed of the electron focusing electrode is changed from low to high before the contrast agent is introduced. Simultaneously with the start to rotation, the main heating of the filament for simple imaging is possible, the heating start time of the filament is shortened, and the missed imaging timing at the moment when the contrast agent flows can be reduced.
[0037]
Furthermore, the filament for pulse fluoroscopy can be provided with two filaments of the same structure if it has a V-groove type electron focusing electrode structure, as is often seen in an electron gun of a conventional X-ray tube. Either filament can form two types of focal dimensions. In this case, it is possible to extend the life of the filament by using the left and right alternately, or to continue using at one focal point even if one is broken.
[0038]
Since the grid bias power supply is independent, even if one filament breaks and contacts the electron focusing electrode, if the system detects this and disconnects the system, the remaining focus can be controlled by the grid. And can provide fail-safety.
Thereby, it is possible to reduce the time and amount of X-ray energy applied to the affected part of the human body that is the imaging target, and to protect the patient from X-ray exposure.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing an X-ray imaging apparatus incorporating an X-ray generation tube according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an X-ray generator tube incorporated in the X-ray image capturing apparatus shown in FIG.
3 is a schematic diagram showing a relative positional relationship between an electron focusing electrode and a cathode electron gun of the X-ray generation tube shown in FIG. 2;
4 is a block diagram schematically showing a control system of the X-ray imaging apparatus shown in FIG. 1. FIG.
5 is a timing chart showing bias voltage control timing for causing the output of each filament of the X-ray generator tube shown in FIG. 2 to reach the electron focusing electrode. FIG.
[Explanation of symbols]
1 ... X-ray imaging device,
11 ... X-ray generator,
13 ... X-ray image intensifier tube,
21 ... monitor device,
31 ... imaging device,
42 ... cathode electron gun,
43 ... Electron focusing electrode,
47 ... Electronic impact surface for shooting,
48 ... Electron impact orbital surface for pulse fluoroscopy,
49… Electron impact orbital surface for pulse fluoroscopy,
51a ... first filament,
51b ... second filament,
52 ... the third filament,
60 ... power supply for heating,
61 ... pulse generation circuit,
62… Bias power supply circuit,
65: Bias power supply circuit.
Claims (4)
熱電子放出用のフィラメントを回転陽極の径方向にずらして2以上配置し、前記回転陽極に、前記フィラメントのそれぞれに対応して形成された2以上の同心円上の円弧または互いに重なることのない複数の曲線状に形成され、少なくとも内側に位置する軌道面については2以上に区切られている電子衝撃軌道面を設け、それぞれのフィラメントごとに加熱用電源およびバイアス電圧発生回路を独立に接続し、全てのフィラメントのバイアス電圧を、それぞれ独立に設定可能としたことを特徴とするグリッド制御回転陽極型X線管。A high-vacuum container is provided with a filament that emits thermoelectrons, a focusing electrode that focuses the electrons, and an anode facing the filament. The thermoelectrons are accelerated at a high voltage to collide with the anode, and X-rays are generated by bremsstrahlung. In a grid-controlled rotary anode X-ray tube that can control thermionic emission from the filament by changing the electric field strength by applying a bias voltage between the filament and the focusing electrode,
Two or more filaments for thermionic emission are displaced in the radial direction of the rotating anode, and two or more concentric arcs formed on the rotating anode corresponding to each of the filaments or a plurality that do not overlap each other. An electron impact raceway surface that is formed in the shape of a curved line and is divided into two or more at least on the raceway surface located inside, and a heating power source and a bias voltage generation circuit are connected independently for each filament, A grid-controlled rotary anode X-ray tube characterized in that the filament bias voltage can be set independently.
回転陽極の径方向にずらして配置されたパルス透視用の焦点寸法を提供可能なフィラメントと単純撮影用の焦点寸法を提供可能なフィラメントとを有し、前記回転陽極に、前記フィラメントのそれぞれに対応して形成された同心円上の円弧または互いに重なることのない複数の曲線状に形成され、少なくとも内側に位置する軌道面については2以上に区切られている電子衝撃軌道面を設け、それぞれのフィラメントが独立にグリッド制御可能に独立したバイアス電圧発生回路と接続された電子銃を有することを特徴とするグリッド制御回転陽極型X線管。A high-vacuum container is provided with a filament that emits thermoelectrons, a focusing electrode that focuses the electrons, and an anode facing the filament. The thermoelectrons are accelerated at a high voltage to collide with the anode, and X-rays are generated by bremsstrahlung. be one, by applying a bias voltage between said focusing electrode and said filament, a controllable thermionic emission from the filament a change in electric field strength, rotatable with the grid controlled anode In rotating anode type X-ray tube,
The filament has a filament capable of providing a focal dimension for pulse fluoroscopy and a filament capable of providing a focal dimension for simple imaging, which are arranged offset in the radial direction of the rotary anode, and corresponds to each of the filaments on the rotary anode. Concentric circular arcs formed as above or a plurality of curved shapes that do not overlap each other, and at least the inner orbital plane is provided with an electron impact orbital plane that is divided into two or more, and each filament is A grid-controlled rotating anode type X-ray tube comprising an electron gun connected to an independent bias voltage generating circuit capable of independent grid control.
この回転陽極に向けて熱電子を放出可能、かつ回転陽極の回転軸と平行な方向に、前記回転陽極のそれぞれの電子衝撃軌道面のそれぞれに対して独立に設けられ、熱電子を放出する複数のフィラメントを一体的に有する陰極と、
前記陰極と前記回転陽極との間に設けられ、前記それぞれのフィラメントから放出された熱電子が前記回転陽極の前記それぞれのフィラメントに対応する電子衝撃軌道面に到達する量を変更する制御電極と、
前記フィラメントのそれぞれを独立に加熱するための電源と、
前記それぞれの制御電極に独立にバイアス電圧を供給するバイアス電圧回路と、
を有し、
前記回転陽極の前記第1および第2の電子衝撃軌道面の内の内周側に位置する電子軌道面と対応する前記陰極のフィラメントによりパルス透視のためのX線を発生し、前記のフィラメントの内の残りのフィラメントと対応する回転陽極電子軌道面により撮像用のX線を発生することを特徴とするグリッド制御回転陽極型X線管。A first electron impact orbital surface having a predetermined radius and angle is integrally formed with a second electron impact orbital surface in which at least one of the radius, angle or material of the first electron impact orbital surface is changed. A rotating anode formed rotatably, and
A plurality of thermoelectrons can be emitted toward the rotating anode and provided independently to each of the electron impact orbital surfaces of the rotating anode in a direction parallel to the rotation axis of the rotating anode. A cathode integrally having a filament of
A control electrode provided between the cathode and the rotating anode and changing the amount of thermionic electrons emitted from the respective filaments reaching the electron impact orbital plane corresponding to the respective filaments of the rotating anode;
A power source for independently heating each of the filaments;
A bias voltage circuit for independently supplying a bias voltage to each of the control electrodes;
Have
X-rays for pulse fluoroscopy are generated by the cathode filament corresponding to the electron orbital surface located on the inner peripheral side of the first and second electron impact orbital surfaces of the rotating anode, A grid-controlled rotary anode X-ray tube characterized in that X-rays for imaging are generated by a rotary anode electron orbit plane corresponding to the remaining filaments in the inside.
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